Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Parasiten im Genom - Ein molekularer Parasit könnte eine wichtige Rolle bei der Evolution des Menschen spielen

19.01.2009
Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen haben die Struktur eines Proteins (L1ORF1p) aufgeklärt, das von einem parasitären genetischen Element codiert wird und für dessen Mobilität essentiell ist.

Dies ermöglicht neue Erkenntnisse über Verwandtschaftsbeziehungen zwischen Retrotransposons und Retroviren und wahrscheinlich auch über Evolutionsprozesse bei Menschen und Tieren.

Außerdem könnten über den Mechanismus des LINE-1-Retrotransposons in Zukunft gezielt genetische Information in das Erbgut eingeschleust werden. Dies wäre eine Alternative zu den weniger zielgerichteten Methoden, die auf einem retroviralen Mechanismus basieren (PNAS, 20. Januar 2009).

Das so genannte LINE-1-Retrotransposon ist ein mobiles genetisches Element, das sich vermehren und an verschiedenen Stellen in die chromosomale DNA einbauen kann. Dadurch wird der genetische Code an der Integrationsstelle gestört. Dies kann schwerwiegende Konsequenzen für den Organismus haben, führt aber andererseits auch zu genetischer Variation, einer zwingenden Vorraussetzung für die Evolution der Arten. Die Strukturaufklärung des L1ORF1p-Proteins erlaubt es nun, den Mechanismus der LINE-1-Mobilisierung wesentlich genauer zu untersuchen.

Das LINE-1-Retrotransposon ist ein mobiles Gen, das sich in der Evolutionsgeschichte des menschlichen Genoms massiv vermehrt hat. Gegenwärtig besteht ungefähr 17 Prozent unserer DNA aus LINE-1-Sequenzen. Dies ist ein riesiger Anteil, wenn man berücksichtigt, dass unsere etwa 30.000 Proteine von weniger als fünf Prozent der DNA kodiert werden. Das LINE-1-Retrotransposon kann sich nicht nur selbst vermehren und in die chromosomale DNA integrieren, es ist auch für die Integration von ungefähr einer Million Alu-Sequenzen (ein weiteres parasitäres Gen) verantwortlich. Alu-Sequenzen, die nur bei den höheren Primaten auftreten, machen weitere zehn Prozent unseres Genoms aus. Die Eingliederung von LINE-1 und Alu-Elementen ist ein fortdauernder Prozess und es wird geschätzt, dass mehr als jedes zwanzigste Neugeborene mindestens eine neue Integration eines solchen Elementes aufweist.

Als Konsequenz gibt es kaum ein menschliches Gen, welches nicht schon einmal durch die Integration eines LINE-1 oder Alu-Elementes betroffen wurde. "Es ist kaum vorstellbar, dass die massive Integration von LINE-1 und Alu-Sequenzen ohne Auswirkungen auf die Evolution des Menschen blieb. Daher ist es erstaunlich, wie wenig bisher über den Mechanismus der Retrotransposition und über die dabei involvierten Proteine und Nukleinsären bekannt ist", sagte Oliver Weichenrieder vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie. Die Forscher versuchen nun, die beteiligten Moleküle biochemisch zu charakterisieren und ihre molekularen Strukturen aufzuklären. Auf diese Art schaffen sie die Grundlagen für eine detaillierte Funktionsanalyse und können Ähnlichkeiten zu bereits bekannten Proteinen aufzeigen, insbesondere Ähnlichkeiten, die aufgrund eines simplen Vergleiches der entsprechenden Aminosäuresequenzen nicht offensichtlich sind.

In der nun veröffentlichten Arbeit charakterisieren Elena Khazina und Oliver Weichenrieder eines von zwei Proteinen, die vom LINE-1-Retrotransposon kodiert werden. Dieses sogenannte L1ORF1p-Protein bindet an LINE-1-RNA, die von einem LINE-1-Element in der DNA abgeschrieben wurde. L1ORF1p unterstützt dann wohl das anschließende Rückkopieren der LINE-1-RNA in DNA. Dieser Prozess findet direkt an der Stelle statt, wo sich das neue LINE-1 Element ins Genom integriert. Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass das L1ORF1p Protein aus drei Teilen besteht. Der erste Teil führt dazu, dass sich immer drei L1ORF1p Proteine zu einem Trimer zusammenlagern. Die anderen beiden Teile sind für die Bindung an die LINE-1-RNA notwendig. "Besonders überraschend war die Identifizierung einer sogenannten RRM-Domäne im mittleren Teil des Proteins, da bisher angenommen wurde, dass dieser Teil des Proteins eher unstrukturiert ist", sagte Elena Khazina. "Unsere Kristallstruktur weist die Existenz dieser Domäne eindeutig nach. Außerdem haben wir RRM-Domänen inzwischen auch in anderen Retrotransposons in verschiedenen Tier- und Pflanzenarten gefunden", so die Strukturbiologin. RRM-Domänen (RNA Recognition Motif; RNA-Erkennungs-Motiv) kommen in der Zelle häufig vor, hauptsächlich in RNA-bindenden Proteinen. Die Existenz einer RRM-Domäne in L1ORF1p erklärt nun warum das L1ORF1p-Protein an die LINE-1-RNA bindet und wie das im Detail passieren könnte.

Das Wissen um die Struktur des L1ORF1p-Proteins bietet einen neuen Blickwinkel und eine gute Grundlage, um in Zukunft diejenigen zellulären Prozesse zu untersuchen, die das LINE-1-Element für seine eigene Vermehrung ausnützt und rekrutiert, beziehungsweise auch diejenigen Mechanismen, welche die Zelle zur Verfügung hat um die übermäßige Vermehrung von Retrotransposons zu unterbinden.

Originalpublikation
Elena Khazina, Oliver Weichenrieder: Non-LTR retrotransposons encode noncanonical RRM domains in their first open-reading frame. PNAS, 20. Januar 2009, vol. 106 (3), 731-736, doi: 10.1073/pnas0809964106.
Ansprechpartner
Dr. Oliver Weichenrieder
Tel: +49 (0)7071-601-1358
E-Mail: Oliver.Weichenrieder@tuebingen.mpg.de
Dr. Susanne Diederich (Presse- und Öffentlichkeitsabteilung)
Tel: +49 (0)7071-601-333
E-mail: presse@tuebingen.mpg.de
Die Verwendung der Bilder ist im Rahmen der redaktionellen und wissenschaftlichen Berichterstattung über den Inhalt der Presseinformation honorar- und genehmigungsfrei. Jede weitere Nutzung, insbesondere zu werblichen und politischen Zwecken, bedarf der vorherigen Genehmigung. Weitere Informationen hierzu erhalten Sie im Referat für Presse- und Öffentlichkeitsarbeit unter presse@tuebingen.mpg.de.

Das Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie betreibt Grundlagenforschung auf den Gebieten der Biochemie, Molekularbiologie, Genetik sowie Zell- und Evolutionsbiologie. Es beschäftigt rund 325 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter und hat seinen Sitz auf dem Max-Planck-Campus in Tübingen. Das MPI für Entwicklungsbiologie ist eines der 79 Institute und Forschungseinrichtungen der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

Dr. Susanne Diederich | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://tuebingen.mpg.de
http://www.eb.tuebingen.mpg.de/departments/2-biochemistry/crystallography/retrotransposition-and-regulatory-rnas

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wer bin ich? Wie Zellen zu ihrer Identität kommen
27.04.2018 | Universität Basel

nachricht Navigation mit dem sechsten Sinn
27.04.2018 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Why we need erasable MRI scans

New technology could allow an MRI contrast agent to 'blink off,' helping doctors diagnose disease

Magnetic resonance imaging, or MRI, is a widely used medical tool for taking pictures of the insides of our body. One way to make MRI scans easier to read is...

Im Focus: Fraunhofer ISE und teamtechnik bringen leitfähiges Kleben für Siliciumsolarzellen zu Industriereife

Das Kleben der Zellverbinder von Hocheffizienz-Solarzellen im industriellen Maßstab ist laut dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und dem Anlagenhersteller teamtechnik marktreif. Als Ergebnis des gemeinsamen Forschungsprojekts »KleVer« ist die Klebetechnologie inzwischen so weit ausgereift, dass sie als alternative Verschaltungstechnologie zum weit verbreiteten Weichlöten angewendet werden kann. Durch die im Vergleich zum Löten wesentlich niedrigeren Prozesstemperaturen können vor allem temperatursensitive Hocheffizienzzellen schonend und materialsparend verschaltet werden.

Dabei ist der Durchsatz in der industriellen Produktion nur geringfügig niedriger als beim Verlöten der Zellen. Die Zuverlässigkeit der Klebeverbindung wurde...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie Astronauten in Zukunft Werkzeug oder Ersatzteile per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit selbst herstellen können. So können Gewicht und damit auch Transportkosten für Weltraummissionen deutlich reduziert werden. Besucherinnen und Besucher können das innovative additive Fertigungsverfahren auf der Messe live erleben.

Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit heißt das Projekt, bei dem ein Bauteil durch Aufbringen von Pulverschichten und selektivem...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: innovative 3D printing method for space flight

At the Hannover Messe 2018, the Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) will show how, in the future, astronauts could produce their own tools or spare parts in zero gravity using 3D printing. This will reduce, weight and transport costs for space missions. Visitors can experience the innovative additive manufacturing process live at the fair.

Powder-based additive manufacturing in zero gravity is the name of the project in which a component is produced by applying metallic powder layers and then...

Im Focus: IWS-Ingenieure formen moderne Alu-Bauteile für zukünftige Flugzeuge

Mit Unterdruck zum Leichtbau-Flugzeug

Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben in Kooperation mit Industriepartnern ein innovatives Verfahren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Konferenz »Encoding Cultures. Leben mit intelligenten Maschinen« | 27. & 28.04.2018 ZKM | Karlsruhe

26.04.2018 | Veranstaltungen

Konferenz zur Marktentwicklung von Gigabitnetzen in Deutschland

26.04.2018 | Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Nano-Drähte auf Stents sollen Kindern mit Herzfehler unnötige Eingriffe ersparen

27.04.2018 | Medizintechnik

Herz-Medikament kurbelt Reparatur von Neuronen an

27.04.2018 | Medizin Gesundheit

Warum Getreide besser ist

27.04.2018 | Agrar- Forstwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics